EP2552641B1 - Werkzeugmaschine mit drehübertrager für daten - Google Patents

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EP2552641B1
EP2552641B1 EP11705550.9A EP11705550A EP2552641B1 EP 2552641 B1 EP2552641 B1 EP 2552641B1 EP 11705550 A EP11705550 A EP 11705550A EP 2552641 B1 EP2552641 B1 EP 2552641B1
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EP
European Patent Office
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spindle
tool
bus
machine
head
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EP11705550.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2552641A1 (de
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Jürgen FRONIUS
Heiko Graf
Ewald Hasselkuss
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Komet Group GmbH
Original Assignee
Komet Group GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a machine tool with a machine frame, with a machine spindle rotatably mounted on the machine frame, with at least one changeable on the machine spindle machining head having a compatible with a recording of the machine spindle coupling element, and with a rotary transformer for data transmission between a frame-fixed Stator and a spindle-resistant rotor.
  • Such a machine tool is from the DE 10 2005 011 197 A1 known.
  • Machine tools of this type are used for a variety of manufacturing and metrological tasks. Usually, machining operations of metallic materials, plastics or wood are carried out with the various interchangeable machining heads. For non-rotationally symmetrical workpieces, it is possible to carry out machining with a rotating spindle similar to the lathe, which, supported by the machine kinematics, permits additional translational degrees of freedom between the workpiece and the machining head. For this purpose, for example, facing heads are used. Facing heads are rotatable tool heads, which make it possible to displace a cutting edge radially to the axis of rotation of the spindle.
  • an electrical transmission interface is integrated with a rotary transformer without affecting the functionality of the mechanism, which allows a machining head change.
  • the transmission interface in the form of an electrical non-contact and / or contacting Drehübertragers be arranged at the head end or at the rear end of the spindle.
  • the invention has the object to improve machine tools of the type specified in that the design and wiring costs can be simplified and standardized across manufacturers.
  • the solution according to the invention is based on the idea that the machine spindle and the machining heads of machine tools have a multiplicity of actuator and sensory function modules which can be controlled by a spindle-side and a head-end standardized bus system in a simple manner via a central machine control.
  • the machine spindle has a plurality of spindle-side functional modules and a part of a spindle bus forming line system to which the spindle-side function modules are connected in the form of subscriber stations or bus participants of the spindle bus, the spindle bus additionally via the rotary transmission path communicates with a frame-fixed fieldbus. Because of the often high spindle speeds, the data is conveniently transmitted without contact from the stator side to the rotor side or vice versa, for example via an inductive, capacitive or optoelectronic transmission path or by radio.
  • the rotation transmission path requires an adaptation of the transmission protocols, so that the spindle bus expediently has a rotor-fixed protocol converter which preferably communicates with the field bus via a fieldbus adapter.
  • a protocol converter converts protocols between protocol-different bus systems. Protocol converters can be software or hardware products or any combination of both.
  • the machining heads have a plurality of different head-end functional modules. It is expediently also provided in the machining head a line system forming part of a head bus, to which the head-end functional modules in the form of bus users of the head bus are connected.
  • the head bus communicates via a separation point with the spindle bus and thus also with the frame-mounted fieldbus.
  • both the machine spindle and the machining head contain sensory and / or actuator functional modules.
  • the machine spindle has at least one spindle-side functional module from the group of temperature sensor, vibration sensor, force sensor, pressure sensor, humidity sensor, barrier air sensor, lubrication condition sensor, speed sensor, acceleration sensor as a measuring element and / or from the group blocking air valve, actuator, pneumatic or hydraulic solenoid valve Lubricant dispenser, coolant dispenser, spindle motor as actuator on.
  • spindle bus and head bus are compatible with each other, they can be galvanically connected at the point of separation. With different bus systems, corresponding protocol converters must be used.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the machining head has at least one head-side functional module from the group of linear or rotary valve, actuator, drive motor, rotary encoder, position sensor, dosing, heating element, laser, temperature sensor, acceleration sensor.
  • the actuator and the drive motor are expediently provided for the slide actuator, while rotary encoder and position sensor are provided for the position measurement within a slide system.
  • the metering and heating and cooling modules come into consideration.
  • the head-end functional modules are preferably equipped with a tool from the group of cutting tool, drilling tool, milling tool, reaming tool, welding tool, soldering tool, hardening tool, coating tool, marking tool, cleaning tool, measuring tool, camera.
  • spindle bus and / or head bus is preferably a standardized fieldbus, preferably a CAN bus or LIN bus into consideration.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the rotation transmission path has a transmitting and receiving unit for non-contact, bidirectional data transmission.
  • the rotation transmission path can additionally have a transmitting and receiving unit for non-contact or galvanic energy transmission.
  • the spindle bus and the head bus can be connected via a frame-fixed bus system with a central machine control.
  • the machine spindles 10 shown schematically in the drawing are part of a machine tool for machining workpieces, in particular for complete machining, which additionally has a tool magazine, not shown in the drawing, as well as a handling device for the machine tools.
  • the machine spindle 10 is arranged within the machine tool in a machine frame, on which it is displaceably and rotatably driven, for example, on a cross table in three axes X, Y, Z or driven by a motor.
  • a machining head 12 is exchangeable, which has a compatible with a recording of the machine spindle coupling element.
  • a rotary transformer 16 for data transmission between a stator fixed to the stator 18 and a spindle-fixed rotor 20 is provided.
  • the machine tool comprises a central machine control 22 (NC control), with which, inter alia, the movement of the machining tool 24 in the processing space of the machine tool is controlled.
  • NC control central machine control 22
  • a machining head 12 is provided with a depending on the axes of movement of the spindle 10 sliding slide valve 26 which forms an additional, independently controllable U-axis.
  • other types of tools can be used as a machining head instead of the face slider 26 shown in the drawing. as cutting tool, drilling tool, milling tool, reaming tool, welding tool, soldering tool, hardening tool, coating tool, marking tool, laser, cleaning tool, measuring tool and the like.
  • a special feature of the spindle and head control of the machine tool according to the invention is that the machine spindle 10 has a plurality of spindle-side function modules 28 ', 28 ", 28"' and a line system forming part of a spindle bus 30.
  • the spindle-side function modules 28 ', 28 ", 28”' are connected to the spindle bus 30 to form subscriber stations.
  • the spindle bus in turn communicates via the rotational transmission path 16 with a frame-fixed field bus 32.
  • the functional modules 28 ', 28 ", 28"' shown in the two exemplary embodiments can be configured both as sensors and as actuators.
  • spindle-side function modules 28 ', 28 ", 28'” from the group temperature sensor, vibration sensor, force sensor, pressure sensor, humidity sensor, barrier air sensor, lubrication condition sensor, speed sensor, acceleration sensor, relative acceleration sensor as measuring elements and / or from the group of blocking air valve, actuator, pneumatic or hydraulic solenoid valve, lubricant dispenser, coolant dispenser, spindle motor, drives, such.
  • rotary, actuator or linear direct drives converters electrical quantities as an actuator into consideration.
  • Individual subscriber stations can also be designed as combination modules, for example comprising a speed sensor or an actuator as a barrier air sensor and a blocking air valve.
  • the machining head 12 also has a plurality of head-side functional modules 34 ', 34 ", 34 “'and a line system forming part of a head bus 36.
  • the head-end functional modules 34', 34", 34 '" are connected to the head bus 36 to form subscriber stations, the head bus 36 being connected to the spindle bus 30 at the interface 14 or a specially provided connecting line 37.
  • the machining head 12 can comprise at least one functional module 34 ', 34 ", 34'” from the group of linear or rotary slides, actuator, drive motor, rotary encoder, Furthermore, the functional modules 34 ', 34 ", 34'” of the machining head 12 can be equipped with a tool 24 from the group of cutting tool, drilling tool, milling tool, friction tool, welding tool, soldering tool, hardening tool, coating tool, marking tool, cleaning tool,
  • a tool 24 from the group of cutting tool, drilling tool, milling tool, friction tool, welding tool, soldering tool, hardening tool, coating tool, marking tool, cleaning tool.
  • the engine controller 22 in the embodiment according to Fig. 2 an NC controller 43 with a PLC interface 40, 40 'and an axis interface 42, 42', the output data via an analog NCA controller 44 and a modulator 46, which modulates the data onto a carrier signal and via the data transmission path 16 between the stator 18 and rotor 20 brings without contact for transmission.
  • a protocol converter 48, 50 is arranged both in the spindle 10 and in the processing head 12.
  • Fig. 2 It can also be seen that the digital NC control via a standard fieldbus 32 and a field bus coupler 52 also communicate directly via the line 54 with the modulator 46 of the rotary transmission path 16.
  • a spindle bus 30 and a head bus 36 are advantageously standardized fieldbus systems, such. B. a CAN bus used, so that without much effort tool heads from different manufacturers can be connected.
  • the invention relates to a machine tool with a machine frame, with a motor-driven machine spindle 10 which is rotatably mounted on the machine frame and with at least one machining head 12 which can be exchanged on the machine spindle 10.
  • the machining head 12 comprises a holder of the machine spindle 10 compatible coupling element.
  • a rotary transformer 16 for data transmission between a stator fixed to the stator 18 and a spindle-fixed rotor 20 is provided.
  • a special feature of the invention is that the machine spindle 10 has a plurality of spindle-side function modules 28 ', 28 ", 28"' and a part of a spindle bus 30 forming line system to which the spindle-side function modules 28 ', 28 ", 28"' are connected to form subscriber stations of the spindle bus 30 and wherein the spindle bus 30 communicates via the rotational transmission path 16 with a frame-fixed field bus 32.
  • the machining head 12 also has a plurality of head-side functional modules 34 ', 34 ", 34'" and a line system forming part of a head bus 36, to which the head-end functional modules are connected to form subscriber stations and wherein the head bus 36 via a separation point 14 communicates with the spindle bus 30.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Maschinengestell, mit einer am Maschinengestell drehbar angeordneten, motorisch angetriebenen Maschinenspindel, mit mindestens einem an der Maschinenspindel einwechselbaren Bearbeitungskopf, der ein mit einer Aufnahme der Maschinenspindel kompatibles Kupplungselement aufweist, und mit einem Drehübertrager für die Datenübertragung zwischen einem gestellfesten Stator und einem spindelfesten Rotor.
  • Eine derartige Werkzeugmaschine ist aus der DE 10 2005 011 197 A1 bekannt.
  • Werkzeugmaschinen dieser Art werden zu vielfältigen fertigungstechnischen und messtechnischen Aufgaben eingesetzt. Üblicherweise werden mit den verschiedenen einwechselbaren Bearbeitungsköpfen spanende Bearbeitungen von metallischen Werkstoffen, Kunststoffen oder Holz durchgeführt. Für nicht rotationssymmetrische Werkstücke besteht die Möglichkeit, eine der Drehmaschine ähnliche Bearbeitung mit drehender Spindel auszuführen, die durch die Maschinenkinematik getragen zusätzliche translatorische Freiheitsgrade zwischen Werkstück und Bearbeitungskopf zulässt. Zu diesem Zweck werden beispielsweise auch Plandrehköpfe eingesetzt. Plandrehköpfe sind rotationsfähige Werkzeugköpfe, die es ermöglichen, eine Schneide radial zur Rotationsachse der Spindel zu verlagern. Verwirklicht wird dies beispielsweise in Werkzeugmaschinen mit Sonderkomponenten, wie beispielsweise Spindeln mit zweistufigen Planetengetrieben und zusätzlichem externem Antrieb, der es ermöglicht, bei rotierender Spindel die Antriebswelle für den Planschieber zu verstellen. In gängigen Spindel- und Werkzeugschnittstellen wird zu diesem Zweck eine elektrische Übertragungsschnittstelle mit einem Drehübertrager ohne Beeinträchtigung der Funktionalität der Mechanik integriert, die einen Bearbeitungskopfwechsel ermöglicht. Grundsätzlich kann die Übertragungsschnittstelle in Form eines elektrischen berührungslosen und/oder kontaktierenden Drehübertragers am kopfseitigen Ende oder am rückwärtigen Ende der Spindel angeordnet werden.
  • Bekannte Werkzeugmaschinen dieser Art bedürfen je nach Komplexität der durchzuführenden Bearbeitungsschritte und des mechatronischen Aufbaus eines erheblichen Konstruktions- und Verdrahtungsaufwands, der auch bei gleichartigen Aufgaben herstellerspezifische Unterschiede aufweist.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Werkzeugmaschinen der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass der Konstruktions- und Verdrahtungsaufwand vereinfacht und herstellerübergreifend standardisiert werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, dass die Maschinenspindel und die Bearbeitungsköpfe von Werkzeugmaschinen eine Vielzahl von aktorischen und sensorischen Funktionsmodulen aufweisen, die durch ein spindelseitiges und ein kopfseitiges standardisiertes Bussystem in einfacher Weise über eine zentrale Maschinensteuerung angesteuert werden können. Um dies zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass die Maschinenspindel eine Mehrzahl von spindelseitigen Funktionsmodulen sowie ein einen Bestandteil eines Spindelbus bildendes Leitungssystem aufweist, an das die spindelseitigen Funktionsmodule in Form von Teilnehmerstationen oder Busteilnehmern des Spindelbus angeschlossen sind, wobei der Spindelbus zusätzlich über die Drehübertragungsstrecke mit einem gestellfesten Feldbus kommuniziert. Wegen der häufig hohen Spindeldrehzahlen werden die Daten zweckmäßig berührungslos von der Statorseite zur Rotorseite oder umgekehrt übertragen, beispielsweise über eine induktive, kapazitive oder optoelektronische Übertragungsstrecke oder per Funk.
  • Die Drehübertragungsstrecke erfordert eine Anpassung der Übertragungsprotokolle, so dass der Spindelbus zweckmäßig eine mit dem Feldbus vorzugsweise über einen Feldbusadapter kommunizierenden rotorfesten Protokollkonverter aufweist. Ein Protokollkonverter konvertiert dabei Protokolle zwischen protokollmäßig unterschiedlichen Bussystemen. Protokollkonverter können Software- oder Hardwareprodukte sein oder auch beliebige Kombinationen von beiden.
  • Da an der Maschinenspindel eine Vielzahl unterschiedlicher Bearbeitungsköpfe einwechselbar sind und die Bearbeitungsköpfe die unterschiedlichsten Aufgaben haben können, weisen die Bearbeitungsköpfe eine Mehrzahl unterschiedlicher kopfseitiger Funktionsmodule auf. Zweckmäßig wird auch im Bearbeitungskopf ein einen Bestandteil eines Kopfbus bildendes Leitungssystem vorgesehen, an das die kopfseitigen Funktionsmodule in Form von Busteilnehmern des Kopfbus angeschlossen sind. Der Kopfbus kommuniziert dabei über eine Trennstelle mit dem Spindelbus und damit auch mit dem gestellfesten Feldbus. In der Regel enthalten sowohl die Maschinenspindel als auch der Bearbeitungskopf sensorische und/oder aktorische Funktionsmodule.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Maschinenspindel mindestens ein spindelseitiges Funktionsmodul aus der Gruppe Temperatursensor, Schwingungssensor, Kraftsensor, Drucksensor, Feuchtigkeitssensor, Sperrluftsensor, Schmierzustandssensor, Drehzahlsensor, Beschleunigungssensor als Messglied und/oder aus der Gruppe Sperrluftventil, Stellantrieb, pneumatisches oder hydraulisches Magnetventil, Schmiermitteldosierer, Kühlmitteldosierer, Spindelmotor als Aktor auf.
  • Wenn Spindelbus und Kopfbus miteinander kompatibel sind, können sie an der Trennstelle galvanisch verbunden werden. Bei unterschiedlichen Bussystemen müssen entsprechende Protokollkonverter eingesetzt werden.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Bearbeitungskopf mindestens ein kopfseitiges Funktionsmodul aus der Gruppe Linear- oder Drehschieber, Stellantrieb, Antriebsmotor, Drehgeber, Positionssensor, Dosierer, Heizelement, Laser, Temperatursensor, Beschleunigungssensor aufweist. Der Stellantrieb und der Antriebsmotor sind dabei zweckmäßig für die Schieberbetätigung vorgesehen, während Drehgeber und Positionssensor für die Positionsmessung innerhalb eines Schiebersystems vorgesehen sind.
  • Für den Reinigungs-, Schweiß- und Lötvorgang kommen dagegen bevorzugt die Dosierer sowie Heiz- und Kühlmodule in Betracht.
  • Die kopfseitigen Funktionsmodule sind bevorzugt mit einem Werkzeug aus der Gruppe Schneidwerkzeug, Bohrwerkzeug, Fräswerkzeug, Reibwerkzeug, Schweißwerkzeug, Lötwerkzeug, Härtungswerkzeug, Beschichtungswerkzeug, Beschriftungswerkzeug, Reinigungswerkzeug, Messwerkzeug, Kamera ausgestattet.
  • Als Spindelbus und/oder Kopfbus kommt vorzugsweise ein standardisierter Feldbus, vorzugsweise ein CAN-Bus oder LIN-Bus in Betracht.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Drehübertragungsstrecke eine Sende- und Empfangseinheit für die berührungslose, bidirektionale Datenübertragung aufweist.
  • Weiter kann die Drehübertragungsstrecke zusätzlich eine Sende- und Empfangseinheit für die berührungslose oder galvanische Energieübertragung aufweisen. Der Spindelbus und der Kopfbus können über ein gestellfestes Bussystem mit einer zentralen Maschinensteuerung verbunden sein.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    ein Schema einer Spindel- und Kopfsteuerung einer Werkzeugmaschine für die Werkstückbearbeitung;
    Fig. 2
    ein Schema eines gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausführungsbeispiels der Spindel- und Kopfsteuerung einer Werkzeugmaschine für die Werkstückbearbeitung.
  • Die in der Zeichnung schematisch dargestellten Maschinenspindeln 10 sind Bestandteil einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zur Komplettbearbeitung, das zusätzlich ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Werkzeugmagazin sowie eine Handhabungsvorrichtung für die Maschinenwerkzeuge aufweist. Die Maschinenspindel 10 ist innerhalb der Werkzeugmaschine in einem Maschinengestell angeordnet, an welchem sie beispielsweise an einem Kreuztisch in drei Achsen X, Y, Z verschiebbar sowie drehbar angeordnet oder motorisch angetrieben ist. An einer mechanischen und elektrischen Trennstelle 14 der Maschinenspindel 10 ist ein Bearbeitungskopf 12 einwechselbar, der ein mit einer Aufnahme der Maschinenspindel kompatibles Kupplungselement aufweist. Weiter ist ein Drehübertrager 16 für die Datenübertragung zwischen einem gestellfesten Stator 18 und einem spindelfesten Rotor 20 vorgesehen.
  • Weiter umfasst die Werkzeugmaschine eine zentrale Maschinensteuerung 22 (NC-Steuerung), mit der u. a. die Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs 24 im Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine gesteuert wird. Durch die Verwendung dreier senkrecht aufeinanderstehender Achsen X, Y und Z kann jeder Punkt im Bearbeitungsraum erreicht werden. Zusätzlich ist bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ein Bearbeitungskopf 12 mit einem abhängig von den Bewegungsachsen der Spindel 10 verschiebbaren Planschieber 26 vorgesehen, der eine zusätzliche, unabhängig ansteuerbare U-Achse bildet. Grundsätzlich lassen sich anstelle des in der Zeichnung dargestellten Planschiebers 26 als Bearbeitungskopf auch andersartige Werkzeuge, wie Schneidwerkzeug, Bohrwerkzeug, Fräswerkzeug, Reibwerkzeug, Schweißwerkzeug, Lötwerkzeug, Härtungswerkzeug, Beschichtungswerkzeug, Beschriftungswerkzeug, Laser, Reinigungswerkzeug, Messwerkzeug und dergleichen einsetzen.
  • Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Spindel- und Kopfsteuerung der Werkzeugmaschine besteht darin, dass die Maschinenspindel 10 eine Mehrzahl von spindelseitigen Funktionsmodulen 28', 28", 28"' sowie ein Leitungssystem aufweist, das einen Bestandteil eines Spindelbus 30 bildet. Die spindelseitigen Funktionsmodule 28', 28", 28"' sind unter Bildung von Teilnehmerstationen an den Spindelbus 30 angeschlossen. Der Spindelbus kommuniziert seinerseits über die Drehübertragungsstrecke 16 mit einem gestellfesten Feldbus 32. Die in den beiden Ausführungsbeispielen gezeigten Funktionsmodule 28', 28", 28"' können sowohl als Sensoren als auch als Aktoren ausgebildet sein. Zur Überwachung der Spindel 10 sind eine Vielzahl solcher Funktionsmodule vorgesehen, die zum überwiegenden Teil über die zentrale Maschinensteuerung 22 überwacht, gesteuert und geregelt werden können. Ohne auf den internen Aufbau der Maschinenspindel 10 im Einzelnen einzugehen, kommen hierfür spindelseitige Funktionsmodule 28', 28", 28'" aus der Gruppe Temperatursensor, Schwingungssensor, Kraftsensor, Drucksensor, Feuchtigkeitssensor, Sperrluftsensor, Schmierzustandssensor, Drehzahlsensor, Beschleunigungssensor, Relativbeschleunigungssensor als Messglieder und/oder aus der Gruppe Sperrluftventil, Stellantrieb, pneumatisches oder hydraulisches Magnetventil, Schmiermitteldosierer, Kühlmitteldosierer, Spindelmotor, Antriebe, wie z. B. Rotations-, Stell- oder Lineardirektantriebe, Wandler elektrischer Größen als Aktor in Betracht. Einzelne Teilnehmerstationen können auch als Kombinationsmodule beispielsweise bestehend aus Drehzahlsensor oder aus Stellantrieb als Sperrluftsensor und Sperrluftventil ausgebildet sein.
  • Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass auch der Bearbeitungskopf 12 eine Mehrzahl von kopfseitigen Funktionsmodulen 34', 34", 34"' sowie ein einen Bestandteil eines Kopfbus 36 bildendes Leitungssystem aufweist. Die kopfseitigen Funktionsmodule 34', 34", 34'" sind dabei unter Bildung von Teilnehmerstationen an den Kopfbus 36 angeschlossen, wobei der Kopfbus 36 an der Trennstelle 14 mit dem Spindelbus 30 oder einer eigens hierfür vorgesehenen Verbindungsleitung 37 kommuniziert. Ohne auf den speziellen Aufbau des Bearbeitungskopfes 12 näher einzugehen, kann der Bearbeitungskopf 12 mindestens ein Funktionsmodul 34', 34", 34'" aus der Gruppe Linear- oder Drehschieber, Stellantrieb, Antriebsmotor, Drehgeber, Positionssensor, Dosierer, Heizelement aufweisen. Weiter können die Funktionsmodule 34', 34", 34'" des Bearbeitungskopfes 12 mit einem Werkzeug 24 aus der Gruppe Schneidwerkzeug, Bohrwerkzeug, Fräswerkzeug, Reibwerkzeug, Schweißwerkzeug, Lötwerkzeug, Härtungswerkzeug, Beschichtungswerkzeug, Beschriftungswerkzeug, Reinigungswerkzeug, Messwerkzeug ausgestattet sein. Die vorstehenden Aufzählungen der Funktionsmodule sind beispielhaft und daher nicht vollständig.
  • Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist angedeutet, dass der Spindelbus 30 und der Kopfbus 36 über die berührungslose Drehübertragungsstrecke 16 zwischen dem spindelfesten Rotor 20 und dem gestellfesten Stator 18 drahtlos über einen zusätzlichen Feldbusadapter 38 mit dem Feldbus 32 der zentralen Maschinensteuerung 22 verbunden sind.
  • Die Maschinensteuerung 22 umfasst bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine NC-Steuerung 43 mit einem PLC-Interface 40, 40' und einem Achseninterface 42, 42', die Ausgangsdaten über ein analoges NCA-Steuergerät 44 und einen Modulator 46, der die Daten auf ein Trägersignal aufmoduliert und über die Datenübertragungsstrecke 16 zwischen Stator 18 und Rotor 20 berührungslos zur Übertragung bringt. Zur Anpassung der Protokolle zwischen unterschiedlichen Bussystemen ist sowohl in der Spindel 10 als auch im Bearbeitungskopf 12 ein Protokollkonverter 48, 50 angeordnet.
  • Wie aus Fig. 2 außerdem zu ersehen ist, kann die digitale NC-Steuerung über einen standardisierten Feldbus 32 und einen Feldbuskoppler 52 auch unmittelbar über die Leitung 54 mit dem Modulator 46 der Drehübertragungsstrecke 16 kommunizieren. Als Spindelbus 30 und als Kopfbus 36 werden vorteilhafterweise standardisierte Feldbussysteme, wie z. B. ein CAN-Bus eingesetzt, so dass ohne großen Aufwand Werkzeugköpfe unterschiedlicher Hersteller angeschlossen werden können.
  • Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine mit einem Maschinengestell, mit einer am Maschinengestell drehbar angeordneten, motorisch angetriebenen Maschinenspindel 10 und mit mindestens einem an der Maschinenspindel 10 einwechselbaren Bearbeitungskopf 12. Der Bearbeitungskopf 12 weist ein mit einer Aufnahme der Maschinenspindel 10 kompatibles Kupplungselement auf. Weiter ist ein Drehübertrager 16 für die Datenübertragung zwischen einem gestellfesten Stator 18 und einem spindelfesten Rotor 20 vorgesehen. Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass die Maschinenspindel 10 eine Mehrzahl von spindelseitigen Funktionsmodulen 28', 28", 28"' sowie ein einen Bestandteil eines Spindelbus 30 bildendes Leitungssystem aufweist, an das die spindelseitigen Funktionsmodule 28', 28", 28"' unter Bildung von Teilnehmerstationen des Spindelbus 30 angeschlossen sind und wobei der Spindelbus 30 über die Drehübertragungsstrecke 16 mit einem gestellfesten Feldbus 32 kommuniziert. Vorteilhafterweise weist auch der Bearbeitungskopf 12 eine Mehrzahl von kopfseitigen Funktionsmodulen 34', 34", 34'" sowie ein einen Bestandteil eines Kopfbus 36 bildendes Leitungssystem auf, an das die kopfseitigen Funktionsmodule unter Bildung von Teilnehmerstationen angeschlossen sind und wobei der Kopfbus 36 über eine Trennstelle 14 mit dem Spindelbus 30 kommuniziert.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Maschinenspindel
    12
    Bearbeitungskopf
    14
    Trennstelle
    16
    Drehübertrager
    18
    Stator
    20
    Rotor
    22
    Maschinensteuerung
    24
    Bearbeitungswerkzeug
    26
    Planschieber
    28', 28", 28"'
    spindelseitige Funktionsmodule
    30
    Spindelbus
    32
    gestellfester Feldbus
    34', 34", 34"'
    kopfseitige Funktionsmodule
    36
    Kopfbus
    37
    Verbindungsleitung
    38
    Feldbusadapter
    40, 40'
    PLC-Interface
    42, 42'
    Achseninterface
    43
    NC-Steuerung
    44
    NCA-Steuergerät
    46
    Modulator
    48
    Protokollkonverter
    50
    Protokollkonverter
    52
    Feldbuskoppler
    54
    Leitung

Claims (12)

  1. Werkzeugmaschine mit einem Maschinengestell, mit einer am Maschinengestell drehbar angeordneten, motorisch angetriebenen Maschinenspindel (10), mit mindestens einem an der Maschinenspindel (10) einwechselbaren Bearbeitungskopf (12), der ein mit einer Aufnahme der Maschinenspindel (10) kompatibles Kupplungselement aufweist, und mit einem Drehübertrager (16) für die Datenübertragung zwischen einem gestellfesten Stator (18) und einem spindelfesten Rotor (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenspindel (10) eine Mehrzahl von spindelseitigen Funktionsmodulen (28', 28", 28"') sowie ein einen Bestandteil eines Spindelbus (30) bildendes Leitungssystem aufweist, an das die spindelseitigen Funktionsmodule (28', 28", 28"') unter Bildung von Teilnehmerstationen des Spindelbus (30) angeschlossen sind, und dass der Spindelbus (30) über die Drehübertragungsstrecke (16) mit einem gestellfesten Feldbus (32) kommuniziert.
  2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelbus (30) einen mit dem gestellfesten Feldbus (32) vorzugsweise über einen Feldbusadapter (38) kommunizierenden rotorfesten Protokollkonverter (48) aufweist.
  3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenspindel (10) mindestens ein spindelseitiges Funktonsmodul (28', 28", 28"') aus der Gruppe Temperatursensor, Schwingungssensor, Kraftsensor, Drucksensor, Feuchtigkeitssensor, Sperrluftsensor, Schmierzustandssensor, Drehzahlsensor, Beschleunigungssensor, Relativbeschleunigungssensor als Messglied und/oder aus der Gruppe Sperrluftventil, Stellantrieb, pneumatisches oder hydraulisches Magnetventil, Schmiermitteldosierer, Kühlmitteldosierer, Spindelmotor als Aktor aufweist.
  4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (12) eine Mehrzahl von kopfseitigen Funktionsmodulen (34', 34", 34"') sowie ein einen Kopfbus (36) bildendes Leitungssystem aufweist, an das die kopfseitigen Funktionsmodule (34', 34", 34"') unter Bildung von Teilnehmern des Kopfbus (36) angeschlossen sind, wobei der Kopfbus (36) über eine Trennstelle (14) mit dem Spindelbus (30) kommuniziert.
  5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfbus (36) an der Trennstelle (14) galvanisch an den Spindelbus (30) angeschlossen ist oder über einen Protokollkonverter (50) mit diesem kommuniziert.
  6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (12) mindestens ein kopfseitiges Funktionsmodul (34', 34", 34"') aus der Gruppe Linear- oder Drehschieber, Stellantrieb, Antriebsmotor, Drehgeber, Positionssensor, Dosierer, Heizelement aufweist.
  7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (12) mindestens ein kopfseitiges Funktionsmodul (34', 34", 34"') mit einem Werkzeug aus der Gruppe Schneidwerkzeug, Bohrwerkzeug, Fräswerkzeug, Reibwerkzeug, Schweißwerkzeug, Lötwerkzeug, Härtungswerkzeug, Beschichtungswerkzeug, Beschriftungswerkzeug, Reinigungswerkzeug, Messwerkzeug, Kamera aufweist.
  8. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelbus (30) und/oder der Kopfbus (36) als standardisierter Feldbus, vorzugsweise als CAN-Bus oder LIN-Bus ausgebildet ist.
  9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehübertragungsstrecke (16) an dem vom Bearbeitungskopf (12) abgewandten Ende der Maschinenspindel (10) angeordnet ist.
  10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (12) einen motorisch antreibbaren Schieber zur Aufnahme eines Werkzeugs sowie ein geregeltes Positionierungssystem für den Schieber aufweist.
  11. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehübertragungsstrecke (16) eine Sende- und Empfangseinheit für die berührungslose bidirektionale Datenübertragung aufweist.
  12. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehübertragungsstrecke (16) zusätzlich eine Sende- und Empfangseinheit für die berührungslose und/oder galvanische Energieübertragung aufweist.
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